3D-печать обещает навсегда изменить архитектуру

Директор Института интеллектуальных структур Университета Теннесси

Джеймс Роуз не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирования от какой-либо компании или организации, которым будет полезна эта статья, и не раскрыл никакой соответствующей принадлежности, кроме своей академической должности.

Университет Теннесси предоставляет финансирование как член The Conversation US.

Посмотреть всех партнеров

В архитектуре новые материалы появляются редко.

На протяжении веков дерево, каменная кладка и бетон составляли основу большинства построек на Земле.

В 1880-х годах внедрение стального каркаса навсегда изменило архитектуру. Сталь позволила архитекторам проектировать более высокие здания с большими окнами, что привело к появлению небоскребов, которые сегодня определяют горизонты городов.

После промышленной революции строительные материалы в основном ограничивались набором элементов массового производства. От стальных балок до фанерных панелей — этот стандартизированный комплект деталей используется при проектировании и строительстве зданий уже более 150 лет.

Ситуация может вскоре измениться с развитием так называемого «крупномасштабного аддитивного производства». Никогда со времени внедрения стального каркаса не было разработки с таким большим потенциалом, способной изменить способы проектирования и строительства зданий.

Крупномасштабное аддитивное производство, такое как настольная 3D-печать, предполагает создание объектов по одному слою за раз. Будь то глина, бетон или пластик, материал для печати экструдируется в жидком состоянии и затвердевает, принимая окончательную форму.

Как директору Института интеллектуальных структур Университета Теннесси, мне посчастливилось работать над серией проектов, в которых используется эта новая технология.

Хотя некоторые препятствия на пути широкого внедрения этой технологии все еще существуют, я могу предвидеть будущее, в котором здания будут построены полностью из переработанных материалов или материалов, полученных на месте, с формами, вдохновленными геометрией природы.

Среди них — павильон Триллиум, конструкция под открытым небом, напечатанная из переработанного полимера АБС, обычного пластика, используемого в широком спектре потребительских товаров.

Тонкие, двояковыпуклые поверхности конструкции были вдохновлены лепестками одноименного цветка. Проект был разработан студентами, напечатан Loci Robotics и построен в исследовательском парке Университета Теннесси на ферме Чероки в Ноксвилле.

Другие недавние примеры крупномасштабного аддитивного производства включают Tecla, прототип жилого дома площадью 450 квадратных футов (41,8 квадратных метра), спроектированный Mario Cucinella Architects и напечатанный в Масса Ломбарде, небольшом городке в Италии.

Архитекторы напечатали Теклу из глины, добытой из местной реки. Уникальное сочетание этого недорогого материала и радиальной геометрии создало энергоэффективную форму альтернативного жилья.

Вернувшись в США, архитектурная фирма Lake Flato в партнерстве с фирмой строительных технологий ICON напечатала бетонные наружные стены для дома, получившего название «Дом Ноль» в Остине, штат Техас.

Дом площадью 2000 квадратных футов (185,8 квадратных метра) демонстрирует скорость и эффективность 3D-печатного бетона, а конструкция демонстрирует приятный контраст между криволинейными стенами и открытым деревянным каркасом.

Крупномасштабное аддитивное производство включает в себя три области знаний: цифровой дизайн, цифровое производство и материаловедение.

Для начала архитекторы создают компьютерные модели всех компонентов, которые будут распечатаны. Затем эти проектировщики могут использовать программное обеспечение, чтобы проверить, как компоненты будут реагировать на структурные силы, и соответствующим образом настроить компоненты. Эти инструменты также могут помочь дизайнеру выяснить, как уменьшить вес компонентов и автоматизировать определенные процессы проектирования, такие как сглаживание сложных геометрических пересечений перед печатью.

Часть программного обеспечения, известная как слайсер, затем преобразует компьютерную модель в набор инструкций для 3D-принтера.

Вы можете предположить, что 3D-принтеры работают в относительно небольших масштабах — например, чехлы для мобильных телефонов и держатели для зубных щеток.